論文基于二維投影的三維模型檢索方法研究

1、摘要摘要3D數(shù)據(jù)獲取技術(shù)、圖形硬件、三維數(shù)據(jù)模型和可視化技術(shù)的發(fā)展，致使3D模型的增多。三維掃描技術(shù)與造型工具的日益普及，擴(kuò)展了可供使用的三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)：互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)張?jiān)鰪?qiáng)了人們獲取分散存儲(chǔ)的三維模型的能力，并為有效傳播高質(zhì)量模型創(chuàng)造了條件，因此研究一種自動(dòng)的、對(duì)用戶友好的三維模型的檢索技術(shù)成為一個(gè)重要的課題。對(duì)于基于內(nèi)容的3D模型檢索系統(tǒng)，最根本的問(wèn)題是選取恰當(dāng)?shù)奶卣鱽?lái)區(qū)別不同的形狀，以用來(lái)有效的索引相似的文件數(shù)據(jù)。3D模型檢索方法可

2、大致的分為3類：①基于外形的低層方法；②基于結(jié)構(gòu)的高層方法；③基于視角的方法?；谕庑蔚牡蛯臃椒▏L試通過(guò)幾何和拓?fù)涞膶傩悦枋?D模型的形狀，外形可以是由單獨(dú)向量組成的一些外形參數(shù)的固定數(shù)值或一系列外形參數(shù)的分布范圍；基于結(jié)構(gòu)的高層方法嘗試把3D模型分解成一系列關(guān)鍵部分，并提煉出這些部分的幾何關(guān)系；基于視角的方法通過(guò)一系列從不同角度的二維投影來(lái)得出三維模型的外觀。在對(duì)已有三維模型檢索技術(shù)的進(jìn)行系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，本篇論文提出了一種基于二維投

3、影的三維模型檢索方法，用以3D模型檢索。此方法是以常量去轉(zhuǎn)化并評(píng)價(jià)3D模型，并且它對(duì)于旋轉(zhuǎn)是穩(wěn)定的。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，對(duì)于一些類型的三維模型，提出的基于二維投影的方法有著良好的查全率和查準(zhǔn)率，是行之有效的方法之一。關(guān)鍵詞：三維模型檢索；基于二維投影；特征提取；相似度計(jì)算據(jù)庫(kù)中找到適合的多媒體信息，檢索是一種必要的技術(shù)手段。三維模型檢索的思想起源于三維模型識(shí)別，三維模型匹配以及基于內(nèi)容的模型檢索。在基于內(nèi)容的三維模型檢索領(lǐng)域，國(guó)外開(kāi)展得比較早

4、1997—1998年，加拿大國(guó)家研究院(NationalResearchCouncil)的Paquet等最早對(duì)基于內(nèi)容的三維模型檢索技術(shù)進(jìn)行了理論和算法的研究H1。自1999年以后，美國(guó)，德國(guó)，日本等國(guó)的研究人員相繼投身于這個(gè)研究，如美國(guó)的普林斯頓大學(xué)(PrincetonUniversity)、華盛頓大學(xué)(WashingtonUniversity)、布朗大學(xué)(BrownUniversity)、卡耐基梅隆大學(xué)(CarbegieMellon

5、University)，德國(guó)的慕尼黑大學(xué)(MunichUniversity)、波恩大學(xué)(BonnUniversity)，日本的IBM東京研究所，陸續(xù)提出了一些基于內(nèi)容的領(lǐng)域三維模型檢索系統(tǒng)，使三維模型檢索成為比較活躍的研究領(lǐng)域。但是，總的來(lái)說(shuō)，目前對(duì)三維模型檢索同其他的多媒體數(shù)據(jù)檢索系統(tǒng)一樣，可以分為基于文本的檢索和基于內(nèi)容的檢索。大多數(shù)的商用多媒體檢索系統(tǒng)使用基于文本的關(guān)鍵詞搜索來(lái)幫助用戶尋找想得到的多媒體文件信息。為了促進(jìn)搜索的準(zhǔn)確

6、性，多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)的管理人員需主要憑經(jīng)驗(yàn)給多媒體數(shù)據(jù)注釋易挑選的關(guān)鍵詞。如果數(shù)據(jù)庫(kù)非常龐大，則費(fèi)時(shí)費(fèi)力卻難以完成任務(wù)。此外，恰當(dāng)?shù)年P(guān)鍵詞因人而異。通常最普遍的方法是從文件名、標(biāo)題、上下文中提取關(guān)鍵詞(如WwWgo091ecom，wWWbaiducom檢索系統(tǒng))。然而，當(dāng)文件名不知所云(如abcdbmp，ni0001avi)，或毫無(wú)特點(diǎn)(如backgroⅢldwav)時(shí)，這種方法顯然無(wú)效，因此，開(kāi)發(fā)基于多媒體數(shù)據(jù)內(nèi)容自動(dòng)而有效的檢索系統(tǒng)已經(jīng)

7、成為一個(gè)重要的需求?；谛螤畹娜S模型檢索是指直接根據(jù)描述對(duì)象的形狀特征進(jìn)行檢索，它能從數(shù)據(jù)庫(kù)中查找到具有指定特征或含有特定內(nèi)容的三維數(shù)據(jù)。面對(duì)日漸迫切的需要，已經(jīng)有一些網(wǎng)站提供對(duì)三維模型的檢索與下載服務(wù)，但由于主要應(yīng)用的是文本關(guān)鍵字檢索和目錄瀏覽等手段，難以對(duì)復(fù)雜的模型進(jìn)行充分描述，在這種情況下，對(duì)于三維模型進(jìn)行有效檢索方面的研究越來(lái)越受到人們的重視，很多研究機(jī)構(gòu)開(kāi)始對(duì)基于內(nèi)容的三維模型檢索系統(tǒng)進(jìn)行研究，并取得了一定的進(jìn)展。目前已經(jīng)開(kāi)

8、發(fā)出一些實(shí)驗(yàn)性的三維模型檢索系統(tǒng)。13論文組成部分介紹論文組成部分介紹在下面章節(jié)，在第二章對(duì)三維模型檢索技術(shù)的形成與發(fā)展做了概述。在第三章討論了目前較常用的一些三維模型特征提取技術(shù)。在第四章，介紹了提出的一種三維模型特征提取方法，此方法稱為基于二維投影的三維模型檢索方法，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出了分析比較。第二章第二章三維模型檢索技術(shù)概述21二維圖像檢索二維圖像檢索物體之間形狀相似性的比較，可以追溯到早期基于形狀的圖像檢索：提取圖像中感興趣物體

9、的輪廓或區(qū)域，采用不同方法描述其形狀特征，將問(wèn)題簡(jiǎn)化為形狀特征的比較。借助于計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，人們可以定義多種二維形狀表示方法和相似性度量。二維形狀表示大致分為三類：特征向量法、變換形狀方法與關(guān)系方法。具體選擇哪一種表示方法取決于應(yīng)用的要求，如目標(biāo)形狀的特征點(diǎn)，是否允許遮擋與形變的存在，噪聲強(qiáng)弱，以及索引難易程度等。上述形狀描述方法無(wú)法直接擴(kuò)展應(yīng)用在三維模型上，主要原因是他們要求為連續(xù)曲線(或平面上區(qū)域的邊界)存在標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)化表示。對(duì)于任意